智能自動化在金屬冶煉中的應用探究

劉鵬

[摘 ? ?要 ]金屬冶煉是傳統產業的代表，在國民經濟中占據不容忽視的地位。近年來，隨著互聯網技術、信息技術以及數據技術的快速發展，這些技術在傳統金屬冶煉行業中的應用越來越普遍，推動金屬冶煉向著越來越自動化智能化的方向發展。本文圍繞智能自動化在金屬冶煉中的應用議題進行了探討，首先概述了金屬冶煉工業自動化技術發展狀況，然后論述了智能自動化在金屬冶煉中的應用及應用效果，最后展望了智能自動化在金屬冶煉中的應用發展趨勢，供相關人士參考。

[關鍵詞]金屬冶煉;自動化;智能技術

[中圖分類號]TF30 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）07–00–03

[Abstract]Metal smelting is the representative of traditional industry， which plays an important role in national economy. In recent years， with the rapid development of Internet technology， information technology and data technology， the application of these technologies in traditional metal smelting industry is more and more common， which promotes the development of metal smelting towards the direction of more and more automation and intelligence. This paper discusses the application of intelligent automation in metal smelting. Firstly， the paper summarizes the development of automation technology in metal smelting industry， and then discusses the application and application effect of intelligent automation in metal smelting. Finally， it looks forward to the application and development trend of intelligent automation in metal smelting for reference.

[Keywords]metal smelting; automation; intelligent technology

自動化技術和人工智能技術在信息技術的支持下得到越來越普遍的應用。從實際的需求看，金屬冶煉對溫度等參數的控制十分嚴格，而智能自動化調節方式能夠很好地減少人為判斷和操作誤差，從而更好地優化控制冶金生產參數，不僅提高冶金生產效率，而且能夠降低成本。金屬冶煉行業在科技的引擎動力下正在邁入智能化發展階段，為冶金企業提質增效，實現高質量發展目標奠定了強大的技術條件。

1 金屬冶煉工業自動化技術發展現狀分析

金屬冶煉工業自動化技術最初源自于國外，自上個世紀中期，我國開始引進金屬冶煉自動化技術。截止到目前，我國冶金產業自動化設備的覆蓋率已經超過60 %。從冶煉自動化技術發展水平看，自動化設備的核心技術仍舊掌握在別的國家手里，我國在金屬冶煉工業自動化的自主知識產權數量較少，整體科技創新水平與國外先進國家仍舊存在一定的差距。金屬冶煉工業自動化技術應用經歷了從基礎自動化到過程自動化，最終到管理自動化的階段。目前，金屬冶煉工業自動化技術基本覆蓋了金屬冶煉的整個生產流程，即從信息采集到信息分析，最終形成指令執行。

2 智能自動化在金屬冶煉中的應用

2.1 利用智能自動化技術對爐溫進行調控

爐溫是影響金屬冶煉品質的重要因素。傳統的控溫方式是人工觀測爐溫。而智能自動化控溫是對爐缸內熱流強度和冷卻水的情況進行調節，通過檢測爐缸溫度和冷卻壁溫度實現二者配合，實現更準確的控溫效果。實現的技術原理如下：冷卻水流速為v，水溫差為T，水比熱容為c，冷卻壁面積為S。則金屬熱流強度J的計算公式如下：

J=（v×T×c×1000）/S

假設冶煉天數為D，高爐容積為V，則每立方米冶煉爐的金屬冶煉強度I的計算公式如下：

I=（J·T）/（D·V）

爐溫冷卻參數的調控應根據金屬冶煉強度進行，需要在最佳金屬冶煉強度時對冷卻溫度進行調控。因此需要兩個條件同時滿足，得到如下函數：

公式（1）中的x，y，z…代表函數參數，如風量、配料、冷卻水流速等參數。通過智能自動化系統中的軟件可同時滿足兩個條件，得到優化后的參數值，實現對爐溫的科學調控。

此外，智能自動化系統中的控制中心實時接收生產設備傳感器的溫度信號，根據生產操作間內的溫度變化情況進行信息處理。由于溫度和熱量具有緊密關系，因此通常采用的方法是建立設備開啟的控制群函數和設備關閉的控制群函數。計算公式如下：

公式（2）中Ot代表t時間內設備開啟的控制群函數;Bt代表t時間內設備關閉的控制群函數;n代表控制群系數。根據設備開啟和關閉控制群函數結果可計算出生產過程需要的總熱量Q。計算公式如下：

Q=Qs+Qr+Qz+Qs+Qh

公式中，Q代表生產過程需要的總熱量 ;Qs代表太陽輻射熱;Qr代表人體承受的最大熱量;Qz代表設備運行過程中產生的熱量;Qs代表設備從外部得到的熱量;Qh代表操作過程中損失的熱量。根據計算得到的總熱量，控制中心對供熱管和冷水泵下達指令，完成溫度的自動調節。

通過智能化技術的應用，不但可以避免設備運行過程中浪費能耗，而且可以準確掌控設備啟停時間，減少了人為啟停失誤率，減少安全事故發生。

2.2 利用智能自動化技術對工藝參數權重進行調控

在設計到配料等多參數因素時，不同參數權重大小是調控的難點。利用智能自動化技術可以更快地找到金屬冶煉影響權重，實現冶煉工藝優化。如在冶煉過程中，不同的料速、不同的風溫以及不同的透氣性等因素會影響冶煉質量。對這些參數進行數據處理可以得到最佳權重。假設單一的控制指數分別為FI1，FI2，FI3…，FIn，N為每小時風流量，則控制指數FI為：

將公式（3）用卷積函數處理，得到爐級權重X，其中，Xi代表冶煉過程中第一個時間單位的數值，Wi代表參數數據對金屬含量的影響權重。

例如計算出風量、風溫、料速度、透氣性等各參數控制指數（如表1所示），然后根據上式計算得到金屬冶煉爐級權重。

2.3 利用智能自動化技術對金屬冶煉效益進行控制

金屬冶煉效益應考慮到金屬點解產量和質量，考慮到金屬冶煉成本，盡可能兼顧到冶煉品質較高且能耗較低。通過智能自動化技術可以建立金屬分解用電函數，得到全天不同時間段的電流密度J計算公式如下：

電流密度Dk介于最低電流密度和最高電流密度之間。最低電流密度是造成金屬反溶的電流密度，最高電流密度是金屬電解允許的最大電流密度，該值與供電設備以及電解容量有關。

2.4 利用智能自動化技術對金屬冶煉排放物進行控制

金屬冶煉行業的廢渣廢液必須經過嚴格處理，達標后才能排放。通過智能自動化技術對冶煉金屬中的有毒物質排放進行合理控制，避免超標排放。對金屬冶煉沸騰爐設備進行參數監控，確保煙氣排放指標在合規范圍內，有效減少硫氧化物排放量。高濃度的硫氧化物被集中收集并制備成強酸，可作為處理金屬汞的原料。利用強酸和汞反應，降低汞濃度，減少有毒重金屬排放。利用智能自動化技術可實現無人操作，在完全密封的情況下實現金屬冶煉排放物控制，避免了工作人員現場作業面臨的健康危害，在排放物處理過程中，參數調節更加準確。

3 智能自動化在金屬冶煉中的應用效果

將傳統金屬冶煉和智能自動化金屬冶煉的實際應用情況進行實驗對比分析。智能自動化系統中，不同功能下位機與計算機連接，電爐與控制設備進行連接，軟件系統為WINDOWS控制軟件，CLIENT/SERVER數據庫及WINCC組態軟件。采用同批次金屬樣品進行冶煉，冶煉工藝和冶煉條件相同。智能自動化技術的一組采用自動加料方式，傳統技術的一組采用人工加料方式。然后對兩組金屬冶煉成分進行測定，得到如表2結果。

根據實驗數據可知，智能自動化冶煉預測誤差和相對誤差比傳統冶煉方式得到的對應值更小，因此采取智能自動化冶煉技術可以更精準的對金屬冶煉參數進行調控，實現對金屬冶煉品質的嚴格控制。

4 智能自動化在金屬冶煉中的應用發展趨勢

隨著金屬冶煉工業信息化技術和智能化技術的發展，在冶金企業中的應用也將更加深入廣泛。隨著智能自動化技術的深度應用，金屬冶煉采集的數據越來越多，在大量的數據支持下，數據資源開發成為智能化冶金發展的重要趨勢。通過對數據信息的分析，找出數據的內在關聯特征，對過程控制系統的完善提供支持。

5 結語

綜上所述，智能自動化技術在金屬冶煉中的應用既是理論層面的應用，同時也是實踐層面的應用。結合當前冶金企業智能自動化技術應用實際狀況，從實際問題出發，確保資源的投入，加大技術難題攻克，在解決問題的過程中進一步強化基礎理論的研究，形成理論實踐正向反饋，不斷完善技術方案和生產管理制度標準。如此，才能推動冶金企業加快走上智能經濟發展道路，才能彌補國內金屬冶煉中智能自動化自主知識產權方面的不足，才能推動國內金屬冶煉產業健康蓬勃發展。

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